神经炎症、蛋白质聚集、RNA代谢和氧化应激是医学对肌萎缩侧索硬化症长期探索后逐步锁定的四大潜在病理机制,也是指引新药研发的四大路径。本篇的主体内容整理自2023年出版的《临床神经病学手册,196卷》第26章-运动神经元病的创新疗法,概述了近十余年进入
鉴于ALS基因型和表型多样性,以及快速进展性,对ALS新疗法的开发充满挑战。尽管全球做出了许多共同努力,但到目前为止,只有四种药物获得了美国FDA的批准,分别是利鲁唑、依达拉奉、苯丁酸钠/牛磺酸二醇复方制剂(Relyvrio),及用于治疗SOD1突变ALS的反义寡核苷酸药物(tofersen)注射液。复方右美沙芬/奎尼丁(nuedexta)可用于治疗ALS患者假性延髓麻痹相关症状。目前已探索到ALS病理生理学的潜在有害分子机制众多,包括谷氨酸毒性、活性氮和氧的细胞毒性作用、蛋白质错误折叠和聚集(均影响蛋白稳定)、RNA加工缺陷、内质网应激和线粒体功能障碍、轴索转运功能障碍、环境毒素、病毒感染、营养因子缺乏和神经炎症。
神经炎症
回顾过去10年的ALS相关文献,200多篇探讨了神经炎症在这种疾病中的作用。其中,有100多项研究集中在小胶质细胞的作用上。因此,过去多种新疗法都是以免疫调节剂作为靶向ALS神经炎症的一种方法。大脑小胶质细胞的激活可能并不局限于运动区域,正电子发射断层成像(PET)分析显示非运动区域也受到影响。此外,外周免疫系统也参与其中,并可见ALS患者外周血调节性T细胞(Tregs)普遍减少。在认识到神经炎症是神经退行性疾病亟待关注的层面后,探索新疗法的临床试验结果就是对相关假设的直接验证。
塞来昔布(Celecoxib)是非甾体抗炎药的选择性环氧化酶-抑制剂(COX2抑制剂),可阻断前列腺素的合成。前列腺素作为一种炎症介质可以刺激星形细胞谷氨酸释放和谷氨酸兴奋毒性,是ALS中已知的病理事件,COX2似乎是合乎逻辑干预目标。2006年发表的一项双盲、安慰剂对照的临床试验评估了塞来昔布800 mg/天治疗ALS患者一年的结果,虽然显示良好的安全耐受性,但对肌肉力量衰退、肺活量、ALS功能评定量表(ALSFRS-r)及生存期等方面未显示疗效价值。2023年发表的一项开放标签、IIa期临床试验在15例ALS患者中验证了塞来昔布/环丙沙星复方(PrimeC)的良好耐受性,并在神经源性外泌体TDP-43和自噬标志物LC3水平方面显示潜在干预价值(图1)。PrimeC由以色列生物技术公司NeuroSense Therapeutics公司开发,已获得美国FDA和欧洲EMA授予治疗ALS孤儿药的资格,目前正加紧进行随机化、双盲、安慰剂对照的IIb期临床试验(PARADIGM),以评估其对ALS病程的改善效果。
图1. PrimeC治疗ALS显示两项生物标志物指标显著差异
米诺环素(Minocycline)是四环素类抗生素,可有效穿越血脑屏障,在临床环境中用于治疗皮肤感染等。在ALS小鼠模型中,米诺环素显示延缓发病和延长生存期的作用。2007年发表了米诺环素治疗ALS的多中心III期临床试验结果,以ALSFRS-r评估,药物治疗组的疾病进展竟然比安慰剂组加快25%,研究者尝试解释可能是入组患者的病程基线选择不当。
醋酸格拉替雷(GA)是一种由四种氨基酸组成的任意多肽混合物的醋酸盐,由梯瓦制药推出后获批治疗多发性硬化症。2009年发表的一项多中心、双盲、随机化安慰剂对照的III期试验,在300多例ALS患者中确认GA具有可接受的安全性,但以ALSFRS-r评估未显示疾病干预的正向效果;后续研究者又加倍用药剂量,仍未成功。GA能有效治疗多发性硬化,却在治疗ALS上没显示疗效,是多方希望努力弄清的问题。
NP001是美国加州大学旧金山分校(UCSF)医疗中心研发的一种静脉注射用亚氯酸钠的专有配方,属于先天免疫功能的调节剂,能使巨噬细胞恢复到不活跃的抗炎状态,从而减缓或停止ALS的进展。2014年发表的小样本I期临床试验显示,NP001的耐受性和对炎症单核细胞发挥急性免疫调节作用。随后II期临床试验的事后分析确定了一个大的亚群患者,年龄在40-65岁之间,炎症基线水平轻微升高,对NP001治疗有临床反应(图2);以ALSFRS-R评测,NP001治疗与患者身体功能保留率显著提高和呼吸功能维持显著提高相关。
图2. NP001在40-65岁ALS患者亚群组显示疗效
此外进入临床试验阶段潜在药物还包括芬戈莫德、阿那白滞素、靶向IL-6的托珠单抗、RIPK1小分子抑制剂DNL747等。
毒性蛋白聚集
ALS与阿尔兹海默症、帕金森病的共同机制是蛋白质的错误折叠与聚集。TDP-43蛋白在核水平上普遍表达,参与调节转录、信使RNA(mRNA)剪接和转运过程,运动神经元病患者的中枢神经系统可见过度磷酸化的TDP-43蛋白聚集。当错误折叠的蛋白质或异常构象的蛋白质在内质网腔中积累,导致蛋白质控制机制失调时,就会发生内质网应激。
他莫昔芬又名三苯氧胺,是一种非甾体类抗雌激素药物,能够与细胞膜上雌激素受体结合,形成复合物,进而阻止雌激素发挥作用。一项病例对照研究将他莫昔芬治疗与降低人类 ALS 风险相关联,并且该药的一些有益作用已经显示在针对小样本(n=10)无 SOD1 和 FUS 突变的 ALS 患者的 II 期临床试验中。这些保护作用与他莫昔芬影响自噬过程的有关,带来TDP-43 蛋白聚集体清除的增强。2019年麻省总医院报告了一项随机,双盲,双虚拟选择试验(n=60),显示高剂量的他莫昔芬(60 mg/天)相对于安慰剂可以明显改善ALS患者的肌肉力量衰退、延缓ALSFRS-R分值降低程度。
Arimoclomol是丹麦Orphazyme公司开发的热休克蛋白(HSP)疗法,口服后能快速分散到全身,并可穿过血脑屏障,进入大脑,旨在扩增产生热休克蛋白,帮助挽救错误折叠的蛋白,清除蛋白聚集体并改善溶酶体的功能。早期2008年开展的随机化、双盲安慰剂对照试验中显示Arimoclomol对SOD1突变患者的治疗耐受性和潜在益处,并于2018年启动Ⅲ临床试验。试验预计招募245例患者,在76周的时间里,随机(比例为2:1)接受arimoclomol治疗(每日3次,每次248 mg)或安慰剂。本项试验的主要终点是通过功能和生存期综合评估(CAFS)长期接受arimoclomol治疗对比安慰剂治疗的疗效,但后续报告显示未达到试验终点。
Reldesemtiv是Cytokinetics公司研发的快速骨骼肌肌钙蛋白激活剂,能够减缓钙从骨骼肌纤维调节性肌钙蛋白复合体的释放速度,使肌节对钙敏感,从而增加骨骼肌收缩力。骨骼肌收缩性由reldesemtiv已被证明具有药理活性,可能导向骨骼肌无力和疲劳相关疾病的新治疗选择。2023年3月,该药物进展的Ⅲ期临床试验宣告,由于计划中的第二次中期分析无效提前终止。
AIT-101是AI Therapeutics公司研发的脂质激酶PIKfyve的强效和高选择性抑制剂,抑制PIKfyve导致转录因子TFEB的激活,TFEB通过自噬溶酶体途径增加毒性蛋白聚集体的清除(图3)。目前已证实AIT-101可减少人类受试者的聚集体,改善家族性和散发性ALS体外模型中运动神经元的存活,并改善TDP-43突变ALS动物模型的功能缺陷。2023年4月企业公布,在AIT-101治疗携带C9ORF72基因突变的ALS住院患者的2a期临床试验中,12周内表现出药物与靶结合生物标志物表达增加,毒性蛋白聚集体减少73%。该研究达到了其主要终点,具有可几首的安全性和耐受性,确认药物和三种活性代谢物可递送至大脑。
图3. 在研药物AIT101清楚毒性蛋白聚集体的机制
RNA代谢
致病蛋白FUS和TDP-43都参与RNA的代谢调节,蛋白质体系的失衡也就意味着RNA代谢层面的失调,出现转录缺陷、信使核糖核酸剪接的改变以及由此产生的应激颗粒的形成。在以TARDBP突变为特征的ALS模型中,大约30%的信使核糖核酸失调。反义管寡核苷酸(ASOs)针对ALS的多个致病基因都取得了巨大研究进展,多已进入临床试验阶段(表1)。2023年5月来自渤健和Ionis公司的反义寡核苷酸药物Qalsody(Tofersen)由美国FDA批准上市,用于治疗具有超氧化物歧化酶1基因突变的肌萎缩侧索硬化(SOD1-ALS)。
表1. ASOs针对ALS不同靶点的临床试验
ISIS 333611是靶向SOD1 mRNA的反义管寡核苷酸(ASO),可以降低SOD1-G93A转基因大鼠中SOD1 mRNA和蛋白的表达,具有剂量依赖性,延缓SOD1-G93A转基因大鼠疾病进展,表现出良好的耐受性。1期临床试验表明使用该ASO后患者脑脊液中未发现SOD1蛋白减少,不良反应事件仅是腰椎穿刺后综合征和背痛,证实鞘内注射给药是可行的,为ASO疗法的广泛探索铺平了道路。
ION363由Ionis公司开发,靶向FUS RNA来减少FUS蛋白的产生。在FUS-ALS小鼠模型中,ASO介导的FUS突变蛋白减少可防止运动神经元丢失,证明了ION363具有减少或预防FUS-ALS患者疾病进展的潜力。2021 年研究招募 77例 ALS 患者开启 ION363(Ulefnersen)的Ⅲ 期临床试验,以确定 ION363 是否可以减 缓ALS患者疾病的进展。研究分两部分进行,第一部分中, 参与者将按照 2:1的比例随机接受 ION363或安慰剂治疗,采用鞘内注射的方式,为期 29周;第二部分,所有参与者采用ION363治疗,为期73周,通过患者的ALSFRS-R、生活质量和生存率来评估药物的有效性。该试验预计 2026 年 6 月揭开主要终点结果。
氧化应激
ALS治疗策略的生物学靶点包括线粒体和氧化应激途径。活性氧(ROS)等自由基可通过不饱和脂肪酸的过氧化加剧神经元细胞膜损伤。当运动神经元受损时,神经元细胞膜可能会释放出相对较高量的脂质过氧化物,并传播至细胞外基质,激活小胶质细胞,进而释放多种自由基。虽然 ROS 水平在其他神经退行性疾病中也会升高,但具有高代谢活性的运动神经元更易受到氧化损伤。
已获批治疗ALS的依达拉奉(3-甲基-1-苯基-2-吡唑啉-5-酮)即是一种低分子量、亲脂性、自由基清除剂,经静脉注射后,约60%的依达拉奉可以穿过血脑屏障。经依达拉奉治疗的ALS患者,ALSFRS-R和ALS评估问卷(ALSAQ-8)评分显著降低,粗大运动功能显著保留,然而该药物对ALS患者预期寿命的影响尚未确定。另一款获批治疗ALS的苯丁酸钠/牛磺酸二醇复方制剂(Relyvrio)也是通过减少内质网的压力、保护线粒体,降低 ROS 的产生。临床前试验表明,这两种药物联用的协同效应,能够将神经细胞因为氧化应激而产生的死亡减少90%。
辅酶Q10是细胞膜和脂蛋白中一种强大的抗氧化剂,也是电子传递链的重要组成部分,在线粒体氧化磷酸化过程中起重要作用。虽然CoQ10未被FDA批准用于治疗任何疾病,但是其作为膳食补充剂在非处方药中被广泛使用,并得到医生和专家的推荐。2009年发表的一项安慰剂对照、双盲的Ⅱ临床试验显示,辅酶Q10(2700 mg/天)对ALS患者耐受性良好,但以ALSFRS-r评测未显示相比安慰剂组的显著差异。在动物实验中,尽管有多个药物在ALS动物模型的治疗中显示出一定的疗效,如肌酸、大剂量维生素E、碳酸锂、睫状神经营养因子、胰岛素样生长因子、拉莫三嗪等,但在针对ALS患者的临床研究中均未能证实有效。
参考文献:
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5.https://cytokinetics.com/medicines-research/pipeline/reldesemtiv/
6.https://www.orphai-therapeutics.com/news/
7.何中慧,张莹,姜宏佺.反义寡核苷酸技术治疗肌萎缩侧索硬化研究进展.中国神经精神疾病杂志,2023,49(05):291-295.
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临床试验阶段的潜在新药。尽管大部分药物研发可能未曾迎来上市的光明,但正是这些探索让真理越辩越明。